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1、传感器原理及应用传感器原理及应用实验指导书实验指导书黄黄 敏敏 姜姜丽丽波波陕西科技大学电气与信息工程学院陕西科技大学电气与信息工程学院2012. 10传感器原理及应用实验指导书2目目 录录实验一 热电偶测温8实验二 应变片性能及电桥（设计性实验）12实验三 半导体应变片性能检测16实验四 霍尔式传感器直流激励特性20实验五 压电传感器动态特性实验22实验六 差动变压器性能检测24实验七 磁电式传感器性能检测27实验八 差动变面积电容传感器特性29实验九 电涡流传感器静态性能检测 31实验十 扩散硅压力传感器实验33实验十一 光电器件特性测量（一）36实验十二 光电器件特性测量（二）40实验十
2、三 光纤位移传感器实验测量45实验十四 热释电红外传感器特性实验49实验十五 温度变送器的校验（设计性实验）51附录：铂电阻分度表传感器原理及应用实验指导书3实验仪简实验仪简介介CSY 传感器系统实验仪上采用的大部分传感器虽是教学传感器（透明结构便于教学） 但其结构与线路是工业应用的基础。实验帮助广大学生加深理解课本知识，学会作为一 个科技工作者应具有的动手能力、操作技能及分析与解决问题的能力。实验指导书每个 实验中都有注意事项。希望学生认真阅读，谨慎操作，否则容易引起器件损坏。 实验仪主要由四部分组成：传感器安装台、显示与激励源、传感器符号及引线单元、 处理电路单元。 传感器安装台部分：装有
3、双平行振动梁（应变片、热电偶、PN 结、热敏电阻、加热 器、压电传感器、梁自由端的磁钢） 、激振线圈、双平行梁测微头、光纤传感器的光电变 换座、光纤及探头、小电机、电涡流传感器及支座、电涡流传感器引线 3.插孔、霍 尔传感器的二个半圆磁钢、振动平台（圆盘）测微头及支架、振动圆盘（圆盘磁钢、激 振线圈、霍尔片、电涡流检测片、差动变压器的可动芯子、电容传感器的动片组、磁电 传感器的可动芯子） 、半导体扩散硅压阻式差压传感器、气敏传感器及湿敏元件安装盒、 热释电传感器、光电开关、硅光电池、光敏电阻元件安装盒，具体安装部位参看附录。 显示及激励源部分：电机控制单元、主电源、直流稳压电源（土 2V 一土
4、 10V 分 档调节） 、F/V 显示表（可作为电压表和频率表） 、动圈毫伏表（5V500V） 、音频振 荡器、低频振荡器、土 15V 不可调稳压电源。 实验主面板上传感器符号单元：所有传感器（包括激振线圈）的引线都从内部引到 这个单元上的相应符号中，实验时传感器的输出信号（包括激励线圈引入低频激振器信 号）按符号从这个单元插孔引线。 处理电路单元：电桥单元、差动放大器、电容变换放大器、电压放大器、移相器、 相敏检波器、电荷放大器、低通滤波器、涡流变换器等单元组成。 CSY 实验仪配上一台双线（双踪）通用示波器可做几十种实验,也可以利用传感器及 处理电路开发实验项目。 二、主要技术参数、性能及
5、说明 （一） 传感器安装台部分： 双平行振动梁的自由端及振动圆盘下面各装有磁钢，通过各自测微头或激振线圈接 入低频激振器 Vo 可做静态或动态测量。 应变梁：应变梁采用不锈钢片，双梁结构端部有较好的线性位移。 （或采用标准双孔 悬臂梁传感器应变梁） 。 传感器： 1差动变压器（电感式） 量程：5mm，直流电阻：5-10。由一个初级、二个次级线圈绕制而成的透 明空心圈，铁芯为软磁铁氧体。传感器原理及应用实验指导书42电涡流位移传感器 量程：1mm，直流电阻：1-2。多股漆包线绕制的扁平线圈与金属涡流片组 成。 3霍尔式传感器 量程：2mm，直流电阻：激励源端口 800-1.5K；输出端口 300
6、-500。 日本 JVC 公司生产的线性半导体霍尔片，它置于环形磁钢构成的梯度磁场中。 4热电偶 直流电阻：10 左右。由两个铜一康铜热电偶串接而成，分度号为，冷端温度 为环境温度。 5电容式传感器 量程：土 2mm。由两组定片和一组动片组成的差动变面积式电容。 6热敏电阻 半导体热敏电阻 NTC：温度系数为负，25时为 10K。 7光纤传感器 由多模光纤、发射、接收电路组成的导光型传感器，线性范围2mm。 8半导体扩散硅压阻式压力传感器 量程：10KPa（差压）供电： 美国摩托罗拉公司生产的 MPX 型压阻式差压传感器。 9压电加速度计 PZT-5 压电晶片和铜质量块构成。谐振频率：10KH
7、z，电荷灵敏度： 20PC/G。 10应变式传感器 箔式应变片电阻值：350、应变系数：2，平行梁上梁的上表面和下梁的下表面 对应地贴有片应变片，横向所贴的两片为温度补偿片。 11PN 结温度传感器 利用半导体 PN 结良好的线性温度电压特性制成的测温传感器，能直接显示被测 灵敏度：2.1mV。 12磁电式传感器0.211000 直流电阻：300，由线圈和动铁（永久磁钢）组成，灵敏 度 0.5/M/S 13气敏传感器 MQ3（酒精）： 测量范围：502000PPM。 14湿敏电阻 高分子薄膜电阻型（）：几兆 一几 K；响应时间：吸湿、脱湿小于 10 秒。 湿度系数：0.5；测量范围：1095，
8、工作温度为 050。 15光电开关：反射型传感器原理及应用实验指导书516光敏电阻：CDS 材料：几 一几 M 17硅光电池：SI 日光型 18热释电红外传感器：远红外式 （二）信号及变换1电桥： 用于组成直流或交流电桥，提供组桥插座，标准电阻和交、直流调平衡网络。2差动放大器： 通频带 010Hz。可接成同相、反相，差动结构，增益为 1100 倍的直流放 大器。3电容变换器： 由高频振荡，放大和双电桥组成的处理电路。4电压放大器： 增益约为倍 同相输入。通频带 010 KHz。5移相器： 允许最大输入电压 10Vpp 移相范围20（5时）6相敏检波器 可检波电压频率：010KHz。允许最大输
9、入电压：10VP-P 极性反转整形电路 与电子开关构成的检波电路7电荷放大器： 电容反馈型放大器，用于放大压电传感器的输出信号。 8低通滤波器： 由 50z 陷波器和滤波器组成，转折频率 35Z 左右 9涡流变换器： 输出电压181（探头离开被测物） ，变频调幅式变换电路，传感器线圈是振 荡电路中的电感元件 10光电变换座： 由红外发射、接收组成。 （三）二套显示仪表数字式电压频率表： 位半显示，电压范围（0V、020V，频率范围 3Hz-2KHz。10 Hz20KHz，灵敏度50mV。指针式毫伏表： 85CL 表，分 500 mV、50 mV、5mV 三档，精度 2.5。 （四）二种振荡器音
10、频振荡器： 0.4 KHz10KHz 输出连续可调，pp 值 20V，输出连续可调，180、0 反 相输出，LV 端最大功率输出电流 0.5。传感器原理及应用实验指导书6低频振荡器： 30Z 输出连续可调，值0V 输出连续可调，最大输出电流 0.5，端可提供用做电流放大器。 （五）二套悬臂梁、测微头 双平行式悬臂梁二副（其中一副为应变梁，另一到副在内部与振动圆盘相连） ，梁 端装有永久磁钢、激振线圈和可拆卸式螺旋测微头，可进行位移与振动实验（右边 圆盘式工作台由“激振 ”带动。左边平行式悬臂梁由“激振”带动） 。 （六）电加热器二组 电热丝组成，加热时可获得高于环境温度左右的升温。 （七）测速
11、电机一组由可调的低噪声高速轴流风扇组成，与光电开关、光纤传感器配合进行测速实验。 （八）二组稳压电源直流15，主要提供温度实验时的加热电源，最大激励 1.5，2V10V 分 五档输出，最大输出电流 1.5，提供直流激励源。 （九）计算机联接与处理数据采集卡：十二位转换，采样速度 10000 点/秒，采样速度可控制，采样 形式多样。标准 RS232 接口，与计算机串行工作。良好的计算机显示界面与方便实用处理软件，实验项目的选择与编辑、数据采集 数据处理、图形分析与比较、文件存取打印。使用仪器时打开电源开关，检查交、直流信号源及显示仪表是否正常。仪器下部 面板左下角处的开关为控制处理电路 15的工
12、作电源，进行实验时请勿关掉，为保 证仪器正常工作，严禁 15电源间的相互短路，建议平时将此两插口封住。指针式毫伏表工作前需对地短路调零，取掉短路线后指针有所偏转是正常现象不 影响测试。 注意注意：本仪器是实验性仪器，各电路完成的实验主要目的是对各传感器测试电路做 定性的验证，而非工业应用型的传感器定量测试。 各电路和传感器性能建议通过以下实验检查是否正常。 1应变片及差动放大器，进行单臂、半桥和全桥实验，各应变片是否正常可用万 用表电阻档在应变片两端测量。各接线图两个节点间即一实验接插线，接插线可多 根迭插，为保证接触良好插入插孔后请将插头稍许旋转。 2热电偶，接入差动放大器，打开“加热”开关，观察随温度升高热电势的变化。3热敏式，进行“热敏传感器实验” ，电热器加热升温，观察随温度升高，电阻两 端的阻值变化情况，注意热敏电阻是负温度系数。 4结温度传感器，进行结温度传感器测温实验，注意电压表 2V 档显 示值为绝对温度。 5进行“移相器实验”用双踪示波器观察两通道波形。传感器原理及应用实验指导书76进行“相敏检波器实验
